Развитие ракет на твердом топливе

В XIII — XVIII вв.

 

К середине ХII в. более четко прослеживаются упоминания о при-
менении ракет, которые в данном случае уже не вызывают сомнений в
подлинности приводимых в них сведений. В большинстве работ, посвя-
щенных истории применения огнестрельного оружия", приводятся сведе-
ния о том, что в 1232 г. при обороне Пекина были применены снаряды, по-
добные ракетам.

В арабской хронике, которая в настоящее время хранится в Париж-
ской Национальной библиотеке, упоминается (правда без приведения
каких-либо подробностей), что египтяне имеют ракетоподобные сна-
ряды,'s

Более подробные сведения об арабских ракетах мы встречаем в трак-
тате Гассана-аль-Раммаха (1225 г.), получившего название «Книги о
сражениях с участием конницы н военных машин»." В рукописи приво-
дятся рецепты изготовления пороха и даются указания об изготовлении
ракет, которые автор называл «китайскими стрелами»,

В этом же трактате описывается новый, неизвестный до этого вид
оружия, сведения о котором, как отмечают почти все исследователи,
ие встречаются в китайских источниках, Это так называемое «яйцо,
которое само движется и горит», по сути дела являвшееся ракетной торпе-
дой. Самодвижущееся горящее яйцо,— указывал Хассан-аль-Раммах,—
состояло из двух листов железа, скрепленных вместе и плотно пригнанных
с левой стороны. Плоский грушеподобный сосуд (рис. 1. 2) наполнялся
порохом либо другой зажигательной смесью, по всей вероятности содер-
жавшей селитру, и снабжался двумя прутьями, игравшими роль ста-
билизаторов и обеспечивавшими устройству движение по прямой
линии. Все устройство приводилось в движение при помощи двух боль-
ших ракет, описание которых приводилось автором рукописи.

Первоначально ракеты начали применяться в странах Востока
Китае, Индии, арабских странах — и лишь позднее стали известны в Европе. Предположения о том, как сведения о ракетах рас-;
пространялись из одной страны в другую, крайне противоречивы. Не-,
смотря на неоднократные попытки исследовать этот процесс, до сих пор
так и не удалось точно установить пути проникновения сведений о ракетах
в различные страны."

К концу XIII в. относятся первые, ставшие известными в Европе све-
дения о ракетах. В 1280 г. Альберт Магнус в своем сочинении
«De mirabi1ibus mundi> излагает способы изготовления пороха и дает
описание ракет. При этом он четко проводит различие (в химическом со-
ставе) между форсовым (движущим) составом ракет, используемым
для приведения ракеты в движение, и их зажигательным составом. По-
следний, как он указывал, должен был состоять из селитры, серы и
льняного масла, в форсовый же состав льняное масло не входило, но упо-
требляло селитры 67 %, серы 11 %, угля 22 %. По данным большин-
ства историков этот рецепт был заимствован Альбертом Магнусом из
книги <Liber ignum», написанной Марком Греком, по всей вероятности,
пользовавшимся, в свою очередь, арабским источником.

Сведения о ракетах, приводившиеся в рукописях этого периода,
Косили очень отрывочный характер и в рассматриваемый период почти
никакого распространения не получили. Неясно также, изготовлялись
ли в действительности ракеты, описание которых приводилось в указан-
ных ранее работах.

Не до конца изучен также вопрос о начале производства и
боевого применения ракет в Европе. Хотя в отдельных литературных
произведениях и исторических источниках встречаются сведения, даю-
щие основание предполагать о возможности применения в Европе ракет
во время боевых действий в Xlll в., однако во всех указанных случаях
речь шла о применении устройств, напоминающих ракеты, не европей-
цами, а их противниками. Поэтому пока нет достаточных оснований для
утверждений о применении европейцами боевых ракет еще в XIII в.

Но уже в конце XIV в., и особенно в первой половине XV в, ракеты
начинают находить применение во время боевых действий в Италии", а

затем и во Франции." К этому же времени относится начало сравни-
тельно широкого применения ракет для устройства фейерверков и иллю-
минаций.

Распространение простейших пиротехнических ракет и первые попыт-
ки их боевогр применения в Европе в конце XIV в. привели к тому, что
начиная с XV в. в ряде работ по артиллерии находят отражение воп-
росы, связанные с изготовлением и применением пороховых ракет.

Одной из первых таких работ является рукопись Конрада,'Кьезера
«ge1lifortis», относящаяся к началу XV в. К сожалению, мы располагаем
весьма ограниченными сведениями как об авторе работы, так и о самой рукописи. По некоторым данным, К. Кьезер закончил работу над рукопись-
ю в 1405 г. Ее основной экземпляр в настоящее время хранится в университетской библиотеке в Геттингене.

Рукопись состоит из 140 пергаментных листов. Для специалистов,
занимающихся изучением развития ракетной техники, наибольший инте-
рес представляют листы 100а — 140в, на которых Кьезер излагает способы
изготовления и применения ракет. Он дает описание ракет, переме-
щающихся вдоль веревки (струны), взлетающих в воздух и передви-
гающихся по воде. Эти три типа ракет изготавливались почти одинаково,
однако отличались составом пороховой смеси, а также длиной
ракетного стержня, предназначенного для стабилизации полета ракет.
Так, Кьезер указывал, что для ракет, взлетающих в воздух, ракетный
стержень должен быть значительно длиннее, чем для ракет, перемежаю-
щихся по воде.

У Кьезера уже встречается, по-видимому, впервые в европейской лите-
ратуре, указание о необходимости просверливания в ракетном составе
специального канала (полости), получившего впоследствии название ра-
кетной пустоты. Кьезер, однако, ограничился лишь упоминанием о необ-
ходимости создания такой полости, не указав причин, вызывающих такую
необходимость.

При анализе рукописи Кьезера, как и при анализе многих анало-
гичных работ, относящихся к рассматриваемому периоду, перед исследо-
вателями, как правило, встают два тесно связанных между собой вопроса.

1. Является ли данная рукопись (книга) оригинальным произведе-
нием, либо она составлена на основании уже известных работ (если
да, то представляет ли интерес установить на основании каких именно).

2. Были ли в действительности изготовлены и применялись ли на
практике те виды пиротехнических сооружений, которые описываются в
данной работе, либо это лишь предположения и рекомендации, не
проверенные на практике.

Исследователи, изучавшие рукопись Кьезера, приходят почти к еди-
нодушному выводу, что она составлена на основании арабских (либо
византийских) работ. На это же указывает и восточная одежда людей на рисунках. Однако до настоящего времени ни
однн из авторов не указал, какие именно работы были использованы на рисунках Кье-
зером.

Более сложным представляется ответ на второй вопрос, так как ни-
каких сведений, подтверждающих, что описанные Кьезером ракеты приме-
нялись на практике, до настоящего времени обнаружить не удалось.'

Один нз крупнейших немецких специалистов в области истории химии
взрывчатых веществ С. И. Ромоцки полагает, что рекомендации
Кьезера о различной длине стержня для ракет, передвигающихся по
воде и по воздуху, свидетельствуют о том, что эти данные получены и
на основании практического опыта, так как, по его мнению, не могли быт
получены теоретическим путем. Но данное предположение не является, на наш взгляд, достаточно убе-
дительным. Во-первых, эти сведения вполне могли быть заимствованы
Кьезером из работ других авторов, во-вторых, вряд ли правомерно пол-
ностью исключать возможность получения этих данных путем умозаклю-
чений.

В целом рукопись Кьезера давала некоторые представления об
уровне производства ракет в Европе в конце XIV — начале XV вв.
В ней приводились различные составы топливной смеси, достаточно чет-
ко упоминалось о гильзах из пергамента, о ракетных стрежнях для
стабилизации ракет и др.

    Следующей работой, в которой нашли отражение вопросы изготовле-
ния и применения ракет, явилась рукопись, точнее тетрадь с эскизами,
итальянского военного инженера Джнованни ди Фонтана «Belicorum
instrumentorum liber, comfiquris et fictivis literis conscriptus», храня-
щаяся в городской библиотеке Мюнхена под № Jconogr 242. До настояще-
го времени не удалось установить точной даты написания этой рукописи,
однако большинство исследователей относят ее к 1420 г.

В рукописной работе Дж. ди Фонтана «Книга о военных инструментах» приходилось описание ракет и различных способов их применения. Следует отметить, что все упомянутые работы были рукописными,
распространялась в сравнительно небольшом количестве и в силу этого не
получилн тогда достаточно широкого распространения, хотя некоторые
из этих работ пользовались сравнительно большой известностью. Однако уже в первой половине XVI в., вскоре после изобретения кни-
гопечатания стали появляться книги, в которых приходилось сведения об изготовлении и применения пороховых ракет.

Любопытно отметить, что в этой книге уже встречается упоми-
нание о ракетах, вылетающих из ракет, т. е. о применении принципа сту
пенчатости в пиротехнических ракетах. Описывая устройство фейерверка
автор указывает на восемь ракет, вылетающих из одной большой ракеты
и добавляет, что при этом получается очень яркое зрелище. По-види
мому, это первое встречающееся в печати упоминание о много
ступенчатых ракетах.

В книге Бирингуччио давалось лишь краткое упоминание о приме
нении ракет при устройстве фейерверков, но не приводилось сведе
ний о том, что же представляли собой пиротехнические ракеты
первой половины XVI в. Ответ на этот вопрос мы находим в
рукописи К. Хааса, относящейся к 1529 — 1555 гг." (рис, 1.5.).

 Эта рукопись представляет наибольший интерес среди работ по
пиротехнике, относящихся к XV — первой половине ХVI вв. В ней не
только давалось достаточно подробное изложение способов изго
товления обычных пиротехнических ракет и их применения, но и, по-
видимому, впервые в мировой литературе, приводились схемы, эскиз
и описании таких уже довольно сложных пиротехнических соору
жений, как многоступенчатые ракеты, ракетные связки, ракеты
дельтообразными стабилизаторами и т. п. В дальнейшем эти конструкции фигурировали во многих работах, посвященных вопросам п-
иротехники, но впервые они были изложены, насколько это известно
в настоящее время, именно в рукописи Хааса.

Следует отметить, что все эти, так по-современному именуемые
ракетные конструкции в действительности были лишь эффективными
пиротехническими сооружениями. Ни один из авторов, приводивших
сведения о многоступенчатых ракетах, не останавливался на та-
ких их преимуществах, как увеличение высоты или дальности полета, не говоря уже о достижении высоких скоростей, недоступных для
обычных ракет. Единственная цель их применения заключалась создать более впечатляющее зрелище.

Начиная с конца ХV в. ракеты все чаще применяются, глав-
ным образом, для увеселительных целей — при устройстве фейер-
верков и иллюминаций. Сведения о боевом применении ракет встре-
чаются все реже и реже, и постепенно почти исчезают. Объясняется
это тем, что к этому времени огнестрельное оружие, применяв-
шееся в европейских армиях (в том числе и артиллерия), достигло
такого совершенства, что полностью вытеснило ракеты в качестве бое-
вого средства. Возраставшая потребность в пиротехнических сооружениях способ-
ствовала повышению интереса к производству ракет. На протяжении
XVI — XVIII вв. литература по артиллерии н пиротехнике обогати-
лась рядом интересных произведений, в которых вопросы изготовле-
н ня н применения ракет занимали уже довольно заметное место.
К числу таких работ следует отнести книги В. Бирингуччио (1540 г.),
Л. Фуртенбаха (1557 г.), И. Шмидлапа (1561 г.), Л. Колладо
(1592 г.), Ж. Апиера (1630 г.), К. Сименовича (1650 г.) (рис. 1.7),
А. Фрезье (1707 г.) и других авторов [11 — 17].

Для всех этих работ характерен описательный подход, так как они
предназначались, главным образом, в качестве инструкции для при-
готовления фейерверков. Авторы этих книг преимущественно исхо-
дили лишь из своего собственного опыта и, как правило, почти
совершенно не знали о других возможных способах и приемах
изготовления ракет н даже не пытались как-либо теоретически
обосновать или подкрепить свои выводы.

Для рассматриваемого времени (XV — XVIII вв.) вообще был характе-
рен весьма невысокий уровень теоретических разработок в об-
ласти ракетной техники. Ракеты этого периода представляла собой
несложные технические устройства, производство которых в зна-
чительной степени зависело от опыта и искусства мастеров-пиро-
техников. Специалисты, работавшие в это время над совершенствованием
ракет, особое внимание уделяли составу ракетного топлива, считая,
что именно от его правильного выбора зависит качество пиротех-
нических ракет. Было разработано большое количество рецептов ра-
кетных смесей, состоявших в своей основе из селитры, серы и угля, взя-
тых в различной пропорции, но все они подбирались эмпирически
и не были подкреплены теоретическими выводами.

Лишь к концу XVIII в. стало утверждаться мнение, что на ка-
чество ракет влияет не только состав ракетного топлива, ио и ряд
других факторов, в том числе правильный выбор конструктивных па-
раметров. Это представление нашло отражение в работах но артил-
лерии и пиротехнике, опубликованных в конце XVIII — начале XIX вв.

При этом обращает на себя внимание, что практически за четыре
столетия (с XV по XVIII вв.) в конструкцию ракет и техно-
логию их изготовления не было внесено существенных изменений.
Ракеты этого периода состояли нз картонной гильзы, в верхней
части которой размещался полезный груз (звездки либо другой на-
полнитель), а остальную часть гильзы занимала ракетная камера,
служившая одновременно хранилищем для ракетного топлива и камерой
сгорания.

2. ОСОБЕННОСТИ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

 

    Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) получили
в настоящее время широкое распространение. Из опубликованных
данных следует, что более 90 % существующих и вновь разраба-
тываемых ракет оснащаются двигателями твердого топлива. Этому
способствуют такие основные достоинства их, как высокая надеж-
ность, простота эксплуатации, постоянная готовность к действию.
Наряду с перечисленными достоинствами РДТТ обладают рядом
существенных недостатков: зависимостью скорости горения твер-
дого ракетного топлива (ТРТ) от начальной температуры топлив-
ного заряда; относительно низким значением удельного импульса
ТРТ; трудностью регулирования тяги в широком диапазоне.

РДТТ применяются во всех классах современных ракет воен-
ного назначения. Кроме того, ракеты с РДТТ используют в народ-
но-хозяйственных целях, например, для борьбы с градом, бурения
скважин, зондирования высоких слоев атмосферы и т. д.

Разнообразие областей применения и выполняемых задач спо-
собствовало разработке большого числа различных конструкций,
отличающихся габаритными, массовыми, тяговыми, временными
и другими характеристиками. Некоторое представление о широте
применения могут дать характеристики тяги РДТТ, находящиеся
в крайних областях этого диапазона. Для ракетных двигателей
малых тяг (РДМТ) значение тяги находится в пределах от 0,01 Н
до 1600 Н [1l. Тяга наиболее крупных двигателей (диаметр дви-
гателя 3,05; 4,5; 6,6 м) достигает десятков меганьютонов. Напри-
мер, для РДТТ диаметром 6,6 м тяга составляет 31 МН.

Промежуточную область занимают двигатели средних габари-
тов, которые являются наиболее многочисленными и разнообраз-
ными.

По выполняемым функциям все ракетные двигатели можно
разделить на три группы:

двигатели, создающие тягу, необходимую для перемещения ап-
парата;

двигатели, создающие управляющие усилия и моменты;

двигатели для экспериментальных и технологических целей.

Первая группа двигателей выполняет основную функцию-
обеспечение взлета и ускорения перемещающегося аппарата на
активном участке. К этой группе относятся все стартовые и марше-
вые РДТТ.

Вторая группа двигателей выполняет вспомогательные функ-
ции. К этой группе относятся рулевые двигатели, служащие для
управления полетом по заданной программе; корректирующие,
необходимые для стабилизации перемещающегося аппарата на
траектории и ориентации в требуемом положении; тормозные,
предназначенные для торможения, отделения отработавших ступе-
ней ракеты, перевода космического ЛА с одной орбиты на другую
или осуществления «мягкой» посадки.

Третья группа двигателей предназначена для проведения раз-
личного рода испытаний и отработки как перемещающегося аппа-
рата в целом, так и его отдельных элементов. Например, сюда
можно отнести двигатели, предназначенные: для разгона аэроди-
намических тележек, проведения исследований стойкости кон-
струкционных материалов в потоке горячих газов с различным со-
держанием твердых частиц, для проверки работоспособности и
стойкости исполнительных органов управления.

Ракетный двигатель твердого топлива в общем случае состоит
из корпуса, заряда ТРТ, соплового блока, исполнительных орга-
нов системы управления вектором тяги, системы запуска, узлов
отсечки тяги, узлов аварийного выключения.

Если один или несколько РДТТ скомпонованы вместе с руле-
выми приводами, источниками питания и вспомогательными уст-
ройствами, то такой агрегат называется ракетной двигательной
установкой твердого топлива
(ДУ РДТТ).

Особенностью конструкции РДТТ является то, что весь запас
топлива одной ступени располагается в камере сгорания двигателя; стенки камеры сгорания и сопла неохлаждаемые; корпус
двигателя является несущим — на нем монтируются элементы
конструкции и узлы стыковки отсеков перемещающегося аппарата.

Заряд твердого ракетного топлива является источником энер-
гии РДТТ. Он представляет собой блок определенной формы и
размеров, размещенный в камере сгорания двигателя. Размеры и
форма заряда при горении должны обеспечивать заданное время
работы, значение секундного расхода и изменение тяги двигателя
по времени. Если этого не удается достичь только путем придания
заряду определенной формы, то прибегают к нанесению бронирую-
щего покрытия на наружной и торцевых поверхностях заряда.
Цель нанесения бронирующего покрытия состоит в том, чтобы
выключить из процесса горения часть горящей поверхности заряда
и тем самым изменить время работы двигателя и количество образующихся газов в единицу времени. Последнее оказывает прямое
влияние на тяговые характеристики двигателя. Различают два основных способа размещения заряда ТРТ
в камере двигателя: вкладной и скрепленный со стенками камеры
сгорания (частично или полностью).





















































































































































































































































Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: